长大纵坡水泥混凝土桥面铺装力学行为.pdf

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1、公路2013年1O月第1O期HIGHWAY0ct．2O13No．10文章编号：0451—0712(2013)10—0001—04中图分类号：U416．216文献标识码：A长大纵坡水泥混凝土桥面铺装力学行为徐永丽，孙志明，雷明臣(1．东北林业大学土木工程学院哈尔滨市150040；2．黑龙江省公路勘察设计院哈尔滨市150036)摘要：以水泥混凝土桥面铺装层为研究对象，针对长大纵坡桥面铺装层容易产生推移和车辙的病害问题，采用ABAQUS软件，建立足尺的三维实体钢筋混凝土简支T型梁桥以及沥青混凝土桥面铺装层模型，选取4

2、种坡度，分别对上坡、下坡、紧急制动以及车辆重复荷载作用等4种受力模式进行分析，得到铺装层纵向最大剪应力、沥青混凝土铺装层和水泥混凝土桥面板层间剪应力分布规律，以及5O万次荷载作用下的车辙深度变化规律，较好地解释了病害产生的力学行为机理。关键词：长大纵坡；水泥混凝土桥；沥青混凝土铺装层；层间剪应力；车辙桥梁作为跨越河流和立体交叉交通工程结构力学分析时把驱动轮上的扭矩M用一对力偶物，其结构种类越来越多，曲线桥、坡桥等线形特征T和T代替，T。作用在轮缘上与路面水平反力F也越来越多。目前，桥梁在其有效服役期内，结构安抗

3、衡；T作用在轮轴上推动汽车前进，称为驱动力，全基本能够得到保证，但是桥面的沥青混凝土铺装与汽车阻力R抗衡。驱动轮受力分析以及车轮对却因为经常出现病害，降低行驶质量，制约运输速路面反作用力见图1。度。由于破损或者铺装材料的变化出现了行驶性能的突变，对行车安全造成一定隐患，桥面铺装已成为桥梁结构中最为薄弱的部分之一。依据界面力学分析，沥青混凝土层和水泥混凝土面板属于层合梁结构，二者之间极大的模量不匹配，导致在荷载应力和温度应力作用下，二者的变形不一致，此变形受到约束导致应力集中，会增大层间剪切应力。尤其长大纵坡桥梁

4、，由于纵坡以及车辆速度下降的原因，更易出现推移、车辙病害。个别路段甚至竣工当年就发生滑移而不得不挖掉重铺口]。本文采用理论分析和图1驱动轮受力分析以及车轮对桥面的反作用数值模拟的手段，研究长大纵坡水泥混凝土桥面沥汽车行驶阻力包括以下3个部分。青混凝土铺装层和层间的力学行为。该内容研究较(1)空气阻力。汽车在空气介质中运动时所产少，而长大纵坡沥青混凝土路面的研究有一些相关生的空气阻力R可用式(1)计算：结论，对本研究有较好的指导意义。然而路面和桥R一(N)面的受力模式和材料性能均不同，因此有必要针对长大纵坡桥面铺

5、装力学行为进行研究。式中：K为空气阻力系数，对于黄河JN150载重车取0．65；A为汽车迎风面积，对于黄河JN150载1理论概念分析重车取4．5m2；为汽车与空气的相对速度，km／h。1．1车桥面相互作用理论静力学分析(2)滚动阻力。弹性轮胎反复变形时，其材料内1．1．1汽车行驶原理部发生摩擦消耗一部分功率，阻碍滚动。其值可按基金项目：黑龙江省交通运输厅重点科技项目，项目编号2010007收稿日期：2013—01—29公路2013年第1O期式(2)计算：式中：A，，为模型参数。Rr—G×／(2)式中：G为车辆总

6、重力；f为滚动阻力系数，对2有限元模型及参数于沥青混凝土路面_厂可取0．015。2．1基本假设(3)坡度阻力：汽车在倾角为0的道路上行驶时(1)本文假设桥面铺装沥青昆凝土、水泥}昆凝土车重在平行于路面方向上的分力为G×sin0，上坡桥面系、钢筋骨架都是均匀、连续、各向同性材料。时与汽车前进方向相反阻碍行驶，下坡时与前进方(2)在沥青混凝土铺装层与水泥混凝土铺装层向相同推助行驶。其值可按式(3)计算：之间设置一层1mm的实体单元夹层，用以分析胶R===G×sin0(3)结界面的受力特性。式中：为坡道倾角。(3)沥

7、青混凝土铺装层与水泥混凝土铺装层、水1．1．2正常匀速行驶时桥面铺装层受力分析泥混凝土铺装层与桥面板之间为完全连续状态。当汽车在水平桥面上匀速行驶时，汽车仅需克(4)考虑水泥混凝土梁和沥青混凝土铺装层的服空气阻力、滚动阻力，即T平一R+R，。为了简化自重，但是忽略桥梁振动的影响。计算可将驱动力T平均分配到4个轮子上，因此每2．2车轮荷载。个车轮对桥面的水平作用力为T平／4。对路面的垂由于倾角很小，车轮对铺装层的垂直作用力取直压力大小等于车重G；当汽车上坡时将克服空气作标准轴载Bzz一100，单轴双轮组，接触正压

8、力为阻力、滚动阻力以及坡度阻力。即TE—R+R+0．7MPa，轴距1．8m。车轮荷载尺寸见图2。把文R，因此每个车轮对桥面的水平作用力为丁上／4；当献[4]计算一次轴载作用时间的方法化简整理，一次汽车下坡时“坡度阻力”反而成为了动力，此时T—轴载的作用时间可按式(5)计算：R+R，一R。所以，正常匀速行驶时对桥面铺装层0．36NP(5)p的不利作用次序为：上坡>平坡>下坡。式中：t为轴